Металлическая микрорешётка — синтетический пористый металлический материал, сверхлёгкая форма пенометалла. Имеет плотность вплоть до 0,9 мг/см3 и на момент открытия (2011) являлся одним из легчайших материалов в мире. Разработан командой учёных из HRL Laboratories в сотрудничестве с исследователями Калифорнийского университета в Ирвайне и Калифорнийского технологического института. В целом обладает хорошими свойствами как сверхлёгкий материал, но дорог в производстве.
Синтез Для изготовления металлической микрорешётки вначале была приготовлена полимерная форма по новой технологии, которая основана на самораспространяющейся волновой структуре, хотя было отмечено, что могут быть использованы и другие методы для изготовления формы. Ультрафиолетовое (УФ) излучение пропускается через перфорированный (со множеством отверстий) фильтр в резервуар с УФ-отверждаемой смолой. Так же, как и в оптическом волокне, появляется явление ПВО (полного внутреннего отражения), когда смола вулканизируется в каждом отверстии в форме, образуя тонкое полимерное волокно параллельно направлению излучения. При использовании нескольких лучей света образуется несколько полимеров, которые могут соединяться в один, образуя решётку.
Процесс схож с фотолитографией в том, что он использует двухмерный фильтр для задания начальной структуры формы, но отличается скоростью образования: если стереолитография может занимать часы, создавая полную решетку, то самораспространяющиеся УФ-волны позволяют сформировать структуру за 10—100 секунд. Таким образом разработанный метод, основанный на самораспространяющихся волнах, способствует быстрому образованию больших трёхмерных решёток. Затем форма покрывается тонким слоем металла и фосфора с помощью безэлектродного осаждения и, наконец, форма вытравливается, и остаётся самостоятельно существующая, структурированная монотонная на молекулярном уровне, пористая металлическая с неметаллическими включениями (фосфидная) структура. В первоначальном исследовании в качестве металла микрорешётки был использован никель. По данным, полученным с помощью метода электроосаждения, материал содержит 7% рассеянных атомов фосфора и не содержит осадка.
Свойства Металлические микрорешётки состоят из сетки сообщающихся полых трубчатых элементов. Диаметр каждого элемента — около 100 микрометров, толщина его стенки — 100 нанометров. Около 99,99 % объёма готовой структуры занимает воздух, и при подсчёте плотности микрорешётки вес воздуха часто условно исключается. Но если всё же учитывать воздух, находящийся между трубками, то плотность материала составит 2.1 мг/см3 (2.1 кг/м3), что лишь в 1,76 раза больше плотности обычного воздуха при 25 °C.
Сами металлические микрорешётки без воздуха отличаются очень малой плотностью — 0,9 мг/см³, которая была рекордно низкой для твёрдого вещества на 2011 год, но потом были открыты аэрографит (2012) (плотность — 0,2 мг/см3, аэрографен (2013) (плотность — 0,16 мг/см³) и пр. До этого самой низкой плотностью обладали аэрогели — 1,0 мг/см3. Металлические микрорешётки ведут себя как эластомеры и даже после значительного сжатия почти полностью восстанавливают свою формуStephen Shankland Breakthrough material is barely more than air . CNET. November 18, 2011, в отличие от аэрогеля — это хрупкое, стеклообразное вещество. Такое эластомерное свойство металлических микрорешёток позволяет использовать их как эффективные амортизаторы. Интересно, что Модуль Юнга металлических микрорешёток пропорционален квадрату плотности (), что отличается от кубической зависимости (), характерной для аэрогелей и пены из углеродных нанотрубок.
Применение Металлические микрорешётки, возможно, найдут применение в качестве тепловых и виброизоляторов (амортизаторов и т. д.), аккумуляторных электродов и носителей катализатора. Способность сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать этот материал для накопления энергии с помощью их упругости.
См. также Аэрографит Фотолитография Углеродные нанотрубки
Примечания
Категория:Пены